CZ16556U1 - Barevný víceslozkový pigment s vysokými uzitnými vlastnostmi - Google Patents

Description

Oblast techniky

Výzkum a příprava nových netoxických a ekologicky příznivých barevných a barvicích produktů na bázi vícesložkových substrátů vhodných anorganických a organických sloučenin, vykazujících vysoké užitné vlastnosti. Zejména jde o velkou barevnou pestrost, světlostálost, chemickou a povětrnostní odolnost, kryvost a lesk.

Dosavadní stav techniky

V oblasti pigmentů existují dvě základní skupiny: anorganické a organické pigmenty. Pigmenty z každé z těchto skupin mají své kladné i záporné stránky, a to jak z hlediska fyzikálně-chemických, tak i z hlediska aplikačních vlastností.

Anorganické pigmenty jsou vesměs tvořeny oxidy kovů nebo nerozpustnými solemi kovů. Mají větší velikost částic, než pigmenty organické. Velikost pigmentových částic se volí technologií jejich přípravy tak, aby tyto pigmenty měly co největší kryvost a barvivost. Podle původu a charakteru anorganické sloučeniny jsou teplotně a povětrnostně odolné. Jsou stálobarevné a mají i dobrou odolnost vůči chemikáliím a vodě. Svými vlastnostmi mohou přispívat ke zvýšení odolnosti nátěrových hmot. Navíc jsou relativně levné. Jejich nevýhodou je poměrně omezená barevná stupnice, především v oblasti modrých a zelených tónů, malá pestrost a jas barevných tónů, nevhodná kompatibilita jednotlivých pigmentů nebo optimálních pojivových systémů, větší problémy při jejich aplikaci atd. Některé barevné anorganické pigmenty jsou ekologicky závadné, např. s obsahem Cd, Cr, As, a proto jsou v řadě aplikací nahrazovány. Výhradní použití netoxických anorganických pigmentů zase neumožní docílit jasných barevných odstínů.

Naproti tomu organické pigmenty jsou tvořeny mnohem složitějšími organickými nerozpustnými nebo jen velmi málo rozpustnými sloučeninami. Jejich výhodou je široké barevné spektrum, vysoký jas barevného odstínu a vysoký lesk v nátahovém systému. Mají malou velikost částic a v důsledku toho malou kryvost. Většina pigmentů se vyrábí z ropných produktů poměrně složitou technologií, což je důvodem jejich vysoké ceny. Nejsou nijak zvlášť teplotně odolné, mají relativně malou světlostálost a povětrnostní odolnost. Vlivem velké jemnosti pigmentu se chovají hydrofóbně a jejich zapracování do vodních systémů vyžaduje použití speciálních smáčedel a dispergačních zařízení. Organické pigmenty mají výrazně nižší měrnou hmotnost a vzhledem k velikosti jejich částic mají tendenci silně prášit. Používané organické pigmenty jsou obvykle výrazně dražší než anorganické pigmenty a vesměs nemění nebo jen málo mění původní vlastnost plastu.

Obdobně se chovají organické a anorganické pigmenty i v materiálech pro vybarvování fasád apod.

Vzhledem k výše popsaným vlastnostem anorganických a organických pigmentů se v lakařském průmyslu používá směs obou pigmentů. Anorganický pigment tvoří základ a barevný pigment se používá na doladění barevného odstínu. Tento technologický postup je použitelný při přípravě nátěrových systémů, kde tekuté prostředí umožní dokonalou homogenizaci obou pigmentů.

Výrazně odlišná je tato situace při zapracovávání do plastů. V tomto případě se používají např. jen organické pigmenty a vybarvení plastů je relativně drahé, nebo se také používá směs organického a anorganického pigmentu, což ale může být příčinou nehomogenního probarvení plastické hmoty.

Jsou známy i směsné pigmenty představující výsledek snahy využít to nejlepší z obou skupin pigmentů (obdobně jako např. známé pigmenty TICO® fy Heubach® nebo pigmenty Synergy® fy Engelhard®). Jako anorganické nosiče se nejčastěji používají titanáty, bismutvanadáty, ale i oxidy niklu, chrómu a antimonu. Z organických pigmentů se používají kvalitní pigmenty s vyšší cenou, většinou azo-pigmenty, diketopyrolpyrolové pigmenty apod. Při přípravě se používá

-1 CZ 16556 UI suché a mokré mletí, často za přídavku aditiv (dispergátory, odpěňovače) nebo srážení. Připravený směsný pigment může být dále podroben dalším povrchovým úpravám, v současnosti téměř výhradně organickými látkami. V této oblasti je známa příprava směsných pigmentů, zejména na bázi Ti, která se vyznačuje tím, že za mokrého mletí je připravena směs anorganického a organického pigmentu a takto připravený pigment je dále opatřen povlakem organických makromolekul.

U těchto typů směsných pigmentů je deklarována chemická vazba mezi anorganickým a organickým pigmentem, která určuje jeho výsledné vlastnosti, popřípadě morfologie těchto pigmentů není vůbec doložena. Oproti tomu pigmenty vyráběné níže popsaným způsobem se odlišují v tom, že anorganický pigment je obalen organickým pigmentem a tyto jsou společně fixovány anorganickou povrchovou úpravou, tedy nikoli chemickou vazbou. Materiál navenek vystupuje jako zcela homogenní a anorganická povrchová úprava mu dodává větší světlostálost, chemickou a povětrnostní odolnost. Použitý organický i anorganický pigment se volí tak, aby se jeho barva příliš nelišila. Kombinací obou pigmentů dochází ke spojení některých vlastností obou typů pigmentů. Ve fyzikálních vlastnostech se chová nový pigment jako anorganický, má vysokou kryvost, spotřebu oleje, dispergovatelnost anorganického pigmentu a optické vlastnosti převážně organického pigmentu. Má výraznější barevný odstín, větší jas a nastavitelný barevný odstín.

Podstata technického řešení

Podstatou technického řešení je barevný vícesložkový pigment (viz obrázek) sestávající z alespoň jednoho anorganického pigmentu 1 a alespoň jednoho organického pigmentu 2, přičemž anorganický pigment 1 je obalen organickým pigmentem 2 a oba jsou spolu pevně fixovány anorganickou povrchovou úpravou 3. Výsledný pigment sestává ze 60 až 95 % hmota, anorganického pigmentu 1, 5 až 40 % hmota, organického pigmentu 2 a 0,5 až 3 % hmota, anorganických látek pro povrchovou úpravu 3. Výsledný pigment může také obsahovat až 10 % hmota, aditiv. Anorganický pigment 1 je tvořen pigmenty na bázi oxidů a/nebo hydroxidů železa, např. železitých červení a žlutí Fepren® fy Precheza®, tedy levnějšími a pro tyto preparace v podstatě zcela opomíjenými pigmenty a může být také dopován jinými prvky, zejména kovovými. Organický pigment 2 je tvořen pigmenty na bázi isoindolinonu, isoindolu, benzimidazolonu, benzimidazolu, chinacridonu, ftalocyaninu, diketopyrolopyrolu a vysoce jakostními pigmenty - tzv. High Performance Pigments označovanými jako HPP pigmenty (skupina organických pigmentů zahrnujících zejména azokondenzační, benzimidazolonové, isoindolinové a antrachinonové pigmenty), např. žlutí P.Y. 83, P.Y. 110, P.Y. 151, oranží P.O. 73 a červení P.R. 254. Jako látek pro povrchovou úpravu 3 zajišťující fixaci anorganického pigmentu 1 a organického pigmentu 2 je použito pro tuto oblast (oblast vícesložkových pigmentů) zcela neobvyklých, anorganických látek, a to zejména solí a oxidů hliníku, křemíku, fosforu, zirkonu a bóru. Aditiva jsou tvořena neionogenními tenzidy, např. Surfynolem C-324® a/nebo anionaktivními smáčedly, např. Nuosperse FA 196® a Nuosperse FA 601®, které slouží pro lepší dispergaci a/nebo ke zvýšení snášivosti pigmentů.

Výsledný pigment může být ještě dále povrchově upraven 0,1 až 2 % hmota, organických látek o relativní molekulové hmotnosti do 500 na bázi silanů, siloxanů, polyolů, polyalkylenglykolů, mastných kyselin o délce řetězce Ci₆-C₃₀, α-olefinů o délce řetězce Ci₂-C₆o a silikonových vosků.

Takto připravené vícesložkové pigmenty vykazují větší světlostálost, chemickou a povětrnostní odolnost, kryvost a lepší zpracovatelnost než prosté směsi anorganických a organických pigmentů a mohou být připravovány s velkou barevnou pestrostí (barevný odstín, který není možno u samotného anorganického pigmentu docílit). Jsou snadno dispergovatelné (lépe než samotné organické pigmenty) a mají dobrý lesk. Při přípravě nátěrové hmoty odpadá jeden stupeň, poněvadž se nepřidávají 2 složky (anorganický a organický pigment), ale pouze jedna s jednotným barevným odstínem. Toto řešení přináší v této oblasti zlepšení kvalitativních parametrů a snížení výrobních nákladů.

-2CZ 16556 UI

Popis obrázku na připojeném výkrese

Snímek z mikroskopu HR TEM znázorňuje strukturu částice vícesložkového pigmentu.

Příklady provedení

Technické řešení je dále blíže osvětleno na příkladech provedení.

Příklad 1 kg vodné suspenze obsahující 700 g železité červeně TP100 Fepren® fy Precheza® a 300 g versalové Červeně DP2G 4001® fy Synthesia® bylo mleto v mokrém mlýnu s přídavkem 60 g smáčedla Surfynol C-324®. Výsledný pigment byl fixován anorganickou povrchovou úpravou 2 % hmotn. A1₂O₃ (vztaženo na celkové množství anorganického + organického pigmentu). Poté io byla suspenze zfiltrována a vysušena ve stacionární sušárně při 105 °C. Produktem je červený pigment.

Příklad 2 kg vodné suspenze obsahující 900 g železité žluti (FeOOH) a 100 g versalové žluti H4G T3161® fy Synthesia® bylo mleto v mokrém mlýnu s přídavkem 20 g smáčedla Surfynol 15 C-324®. Výsledný pigment byl fixován anorganickou povrchovou úpravou 2 % hmotn. A1₂O₃ a % hmotn. SiO₂ (vztaženo na celkové množství anorganického + organického pigmentu). Poté byla suspenze zfiltrována a vysušena při 100 °C. Produktem je žlutý pigment.

Průmyslová využitelnost

Barevný vícesložkový pigment lze použít do nátěrových hmot a plastů, eventuelně ve stavebnic20 tví pro vybarvování omítkovin a dále všude tam, kde zpracovatelské vlastnosti nedovolí použití i samotných anorganických nebo organických pigmentů. Také jimi mohou býti nahrazeny anorganické pigmenty na bázi Cd, Cr, As apod., od nichž se v důsledku obsahu těžkých kovů postupně , upouští.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   25 1. Barevný vícesložkový pigment, vyznačující se tím, že je složen z nejméně jednoho anorganického pigmentu (1) na bázi oxidů a/nebo hydroxidů železa v množství 60 až 95 % hmotn., nejméně jednoho organického pigmentu (2) na bázi isoindolinonu, isoindolu, benzimidazolonu, benzimidazolu, chinacridonu, ftalocyaninu, diketopyrolopyrolu a pigmentů označovaných jako HPP v množství 5 až 40 % hmotn. a anorganických oxidů a/nebo solí (3) na bázi

   30 hliníku, křemíku, fosforu, zirkonu a bóru v množství 0,5 až 3 % hmotn., vztaženo na celkové množství anorganického pigmentu (1) + organického pigmentu (2), přičemž anorganický pigment (1) je obalen organickým pigmentem (2) a oba jsou spolu vázány povrchovou úpravou anorganickými oxidy a/nebo solemi (3).
2. 2. Barevný vícesložkový pigment podle nároku 1, vyznačující se tím, že anorga35 nickým pigmentem (1) je i oxid a/nebo hydroxid železa dopovaný jinými prvky, zejména kovovými.
3. 3. Barevný vícesložkový pigment podle alespoň jednoho z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že obsahuje také aditiva na bázi neionogenních tenzidů a/nebo anion

   -3CZ 16556 UI aktivních smáčedel v množství až 10 % hmotn., vztaženo na celkové množství anorganického pigmentu (1) + organického pigmentu (2).
4. 4. Barevný vícesložkový pigment podle alespoň jednoho z výše uvedených nároků, vyznačující se tím, že na povrchu obsahuje 0,1 až 2 % hmotn. organických látek, vzta5 ženo na celkové množství anorganického pigmentu (1) + organického pigmentu (2), o relativní molekulové hmotnosti do 500, zejména silany, siloxany, polyoly, polyalkylenglykoly, mastné kyseliny o délce řetězce C16-C30, α-olefmy o délce řetězce Ci₂-C₆₀ a silikonové vosky.